Bề mặt phồng rộp
Trong quá trình kiểm tra theo lịch trình, nhân viên bảo trì quan sát thấy các vết phồng rộp nhỏ-nổi lên có đường kính 1{2}}3mm-trên bề mặt bên ngoài của ống trao đổi nhiệt PTFE. Các vết phồng rộp tập trung ở các ống ở vùng nóng nhất của bó, gần cửa dẫn hơi nước vào. Một số vết phồng rộp đã vỡ, để lại những vết lõm nông trên bề mặt ống.
Các mụn nước gây lo ngại ngay lập tức. Các ống có bị hỏng không? Đây có phải là một cuộc tấn công hóa học? Các ống sẽ bị rò rỉ? Câu trả lời đòi hỏi sự hiểu biết về cơ chế hình thành vết phồng rộp, đây không phải là sự tấn công hóa học hay sự phá vỡ ranh giới áp suất sắp xảy ra. Đó là một hiện tượng vật lý được thúc đẩy bởi sự hấp thụ độ ẩm và các lỗ rỗng siêu nhỏ trong vật liệu PTFE.
Các vết phồng rộp làm ảnh hưởng đến độ nhẵn của bề mặt và có thể làm giảm nhẹ sự truyền nhiệt cục bộ, nhưng chúng hiếm khi xuyên qua thành ống hoặc gây rò rỉ. Tuy nhiên, sự hiện diện của chúng cho thấy chất lượng vật liệu PTFE hoặc chất lượng hơi nước có thể cần được chú ý.
Cơ chế hấp thụ độ ẩm và vi mô
PTFE kỵ nước. Nước không làm ướt bề mặt. Nhưng ở nhiệt độ cao, hơi nước có thể thấm chậm vào cấu trúc polyme. Các phân tử nước thẩm thấu chiếm thể tích tự do giữa các chuỗi polyme-cùng một thể tích tự do mang lại cho PTFE tính linh hoạt.
Trải qua hàng nghìn giờ ở nhiệt độ 130-150 độ trong hơi nước bão hòa, nước tích tụ trong các khoảng trống cực nhỏ bên trong PTFE. Những khoảng trống này vốn có của vật liệu; tất cả PTFE đều chứa một số lỗ rỗng siêu nhỏ từ quá trình thiêu kết trong quá trình sản xuất. Nước trong các khoảng trống này cân bằng với áp suất hơi bên ngoài.
Khi bộ trao đổi nhiệt ngừng hoạt động và làm mát, nước bị giữ lại sẽ ngưng tụ. Thể tích nước lỏng nhỏ hơn nhiều so với thể tích hơi nước tạo ra nó, tạo ra chân không trong khoảng trống. Khoảng trống sụp đổ một phần. Ở chu kỳ tăng nhiệt-tiếp theo, nước ở dạng lỏng sẽ chuyển thành hơi nước. Sự giãn nở thể tích nhanh chóng-nước thành hơi nước xấp xỉ mức tăng thể tích 1.600:1-tạo ra xung áp suất trong khoảng trống. Xung kéo dài polymer xung quanh.
Qua nhiều chu kỳ nhiệt, các xung giãn nở lặp đi lặp lại làm tăng các khoảng trống. Những khoảng trống nhỏ hợp lại thành những khoảng trống lớn hơn. Polyme mỏng phía trên khoảng trống ngày càng phình ra phía ngoài, tạo thành vết phồng rộp có thể nhìn thấy được. Cuối cùng, thành vết phồng rộp có thể mỏng đến mức vỡ ra, giải phóng hơi nước bị mắc kẹt và để lại miệng hố.
Bảng 1: Các yếu tố hình thành mụn nước và biện pháp phòng ngừa
| Nhân tố | Đóng góp vào sự hình thành mụn nước | Biện pháp phòng ngừa | Hiệu quả |
|---|---|---|---|
| High steam temperature (>150 độ) | Tăng tốc độ thấm nước | Giảm áp suất hơi nếu quy trình cho phép | Cao |
| Chu kỳ nhiệt thường xuyên | Xung giãn nở làm tăng khoảng trống | Giảm thiểu việc tắt máy không cần thiết | Vừa phải |
| PTFE-chất lượng thấp (hàm lượng vi mô cao) | Cung cấp các vị trí tạo mầm cho mụn nước | Chỉ định nhựa PTFE có độ rỗng-cao,-thấp | Cao |
| Làm nóng nhanh-khi trời lạnh | Tối đa hóa xung giãn nở nhiệt | Tăng dần nhiệt độ hơi nước | Vừa phải |
| Hơi nước ướt (tỷ lệ khô thấp) | Tăng độ ẩm có sẵn cho sự thẩm thấu | Improve steam separation; ensure >khô 98% | Cao |
| Thick tube wall (>1,5mm) | Con đường khuếch tán dài hơn; bẫy nhiều nước hơn | Sử dụng độ dày thành tối thiểu để đánh giá áp suất | Vừa phải |
Các yếu tố chất lượng trong sản xuất ống PTFE
Hàm lượng microvoid của ống PTFE phụ thuộc vào quá trình sản xuất. Ống PTFE ép đùn-dán được tạo ra bằng cách trộn bột PTFE với chất bôi trơn, ép bột nhão thành hình ống và thiêu kết ở nhiệt độ cao để kết hợp các hạt. Quá trình thiêu kết loại bỏ chất bôi trơn và kết hợp các hạt PTFE thành một ma trận liên tục.
Quá trình thiêu kết không hoàn chỉnh để lại các khoảng trống siêu nhỏ còn sót lại ở ranh giới giữa các hạt được kết dính một phần. Những khoảng trống này là vị trí ưa thích để tích tụ độ ẩm và bắt đầu phồng rộp. Ống PTFE-chất lượng cao trải qua quá trình thiêu kết được tối ưu hóa để giảm thiểu hàm lượng khoảng trống.
Việc chỉ định ống có độ rỗng dưới 1% (được đo bằng cách so sánh mật độ với mật độ PTFE lý thuyết là 2,15-2,20 g/cm³) làm giảm đáng kể khả năng bị phồng rộp. Thông số kỹ thuật này phải được đưa vào tài liệu mua sắm các bộ trao đổi nhiệt PTFE hoạt động trên 130 độ.
Phân biệt mụn nước với tấn công hóa học
Các vết phồng rộp do hấp thụ độ ẩm khác với sự tấn công của hóa chất. Sự tấn công hóa học thường tạo ra sự đổi màu, làm nhám bề mặt hoặc làm mỏng thành đồng đều. Các vết phồng rộp được định vị, không có sự thay đổi màu sắc liên quan. PTFE bao quanh vỉ có âm thanh cơ học.
Nếu có nghi ngờ, vết phồng rộp có thể được cắt ra và kiểm tra. Vết phồng rộp do hơi ẩm- gây ra cho thấy khoang bên trong sạch sẽ với thành nhẵn. Khu vực bị tấn công hóa học cho thấy vật liệu bị xuống cấp, đổi màu hoặc thay đổi tính chất cơ học. Nếu vết phồng rộp đi kèm với bất kỳ dấu hiệu nào trong số này thì khả năng tương thích hóa học cần được đánh giá lại.
Bản tóm tắt
Các vết phồng rộp trên ống trao đổi nhiệt PTFE là kết quả của sự tích tụ độ ẩm trong các khoảng trống siêu nhỏ bên trong polyme, sau đó là sự giãn nở hơi nước theo chu kỳ trong quá trình luân chuyển nhiệt. Cơ chế này là vật lý, không phải hóa học. Các vết phồng rộp cho thấy vấn đề về chất lượng vật liệu hoặc chất lượng hơi nước nhưng hiếm khi dẫn đến rò rỉ ống.
Phòng ngừa tập trung vào việc chỉ định ống PTFE có độ rỗng thấp, duy trì độ khô bằng hơi nước ở mức cao, giảm chu kỳ nhiệt không cần thiết và tăng nhiệt độ dần dần trong quá trình khởi động. Các ống bị phồng rộp rộng cần được theo dõi nhưng không cần thay thế ngay lập tức trừ khi độ dày thành tại vị trí phồng rộp dưới mức tối thiểu.
Các khuyến nghị kỹ thuật để đánh giá vỉ và thông số kỹ thuật vật liệu PTFE có sẵn khi gửi nhiệt độ và áp suất vận hành, dữ liệu chất lượng hơi nước, tần suất đạp xe và chứng nhận vật liệu ống.
